하이브리드 로봇, "드론과 보행 로봇을 동시에 수행" (영상)

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-10-08 21:20:45
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* 약 75cm 높이의 LEO 로봇, 팔에 4개의 작은 프로펠러가 있어 추가적인 부력을 제공
* 이동과 탐색은 온보드 컴퓨터와 센서 시스템의 도움으로 자율적으로 이루어진다.
* 탄소 섬유로 만든 유연한 다리와 무게가 2.5kg에 불과, 초당 약 20cm만 처리
* 고압선, 교량 또는 파이프라인에 사용

스케이트보드 위의 로봇
하이브리드-로봇은 달리기와 비행을 결합해 뛰어난 균형 기술을 유지한다.


그는 스케이트보드를 타고, 계단을 오르고, 기울어진 곳에서 균형을 잡을 수 있다. 미국 연구원들은 완벽한 균형을 수행하는 놀라운 로봇을 개발했다. 트릭이 있는데 이 두 다리 로봇은 두 개의 프로펠러에 의해 안정화된다. 걷는 로봇과 무인 항공기의 하이브리드다. 이를 통해 그는 달리기에서 비행으로 원활하게 전환할 수 있다. 하이브리드 로봇은 균형을 잡고 높은 곳에서 작업해야 하는 모든 곳에서도 사용할 수 있다. 

▲ 로봇 LEO는 두 발로 걷고 균형을 잡고 스케이트보드도 탈 수 있다. © Caltech

로봇은 외계 행성을 탐험하고, 가장 깊은 해구로 잠수하거나, 가장 무거운 짐을 끌어당긴다.
일부 로봇은 인간에게 불가능한 일을 하고 연구에 사용되거나 재해 구호 요원으로 사용되고 있다. 다른 것들은 드론이나 산업용 로봇과 같이 오랫동안 일상생활의 일부였다. 그러나 한 가지 점에서 기계적인 존재는 여전히 약점이 있다. 두 발로 걷는 것과 관련하여 우리 인간은 일반적으로 안정성과 균형 면에서 그들보다 우월하다.

스케이트보드부터 슬랙 라인(slag line; 선 모양으로 연결돼 있는 것)까지

그러나 분명히 사람과 비등하게 균형을 이룰 수 있는 로봇이 있다.
캘리포니아 공과대학의 김규남(Kyunam Kim)과 그의 동료들이 개발한 LEONARDO 로봇은 두 발로 걷고, 계단을 오르고, 장애물을 오를 수 있을 뿐만 아니라 넘어지지 않고 균형을 잡을 수도 있다. 슬랙 라인에. 막대기로 그를 옆으로 밀어도 균형이 무너지지 않는다.
▲ 슬랙 라인에. 막대기로 그를 옆으로 밀어도 균형이 무너지지 않는다.

어떻게 그것이 가능할까?
비결은 세부 사항에 있다. 자세히 살펴보면 약 75cm 높이의 LEO 로봇이 하이브리드임을 알 수 있다. 팔에 4개의 작은 프로펠러가 있어 추가적인 부력을 제공하고 넘어지는 것을 방지한다. 기울어져 있거나 걸려 넘어질 수 있다. 프로펠러가 최대 추진력을 얻으면 로봇이 도움을 받아 이륙하고 날 수도 있다.

드론과 보행 로봇을 동시에

이것은 LEO 로봇을 보행 로봇과 드론의 하이브리드로 만든다.
"다관절 다리와 프로펠러는 지상과 공기 모두를 움직일 수 있고 둘 사이의 부드러운 전환을 가능하게 한다”고 연구자들은 설명했다. 달리기와 날기의 이러한 조합은 동물의 왕국(새, 곤충 또는 박쥐)에서 일반적이지만 이 조합을 시연한 최초의 로봇이다.
▲ "다관절 다리와 프로펠러는 지상과 공기 모두를 움직일 수 있고 둘 사이의 부드러운 전환을 가능하게 한다”

"이를 통해 LEO는 기존 로봇 시스템에서 일반적으로 연결되지 않는 두 가지 형태의 이동인 이족 보행과 비행 이동 간의 격차를 좁힌다"고 팀이 설명했다. 걷는 로봇이 더 쉽게 날 수 있도록 특히 가볍고 새가 이륙하는 것처럼 이륙할 때 다리로 스스로를 밀어낸다. 이동과 탐색은 온보드 컴퓨터와 센서 시스템의 도움으로 자율적으로 이루어진다.
▲ 그는 스케이트보드를 타고, 계단을 오르고, 기울어진 곳에서 균형을 잡을 수 있다.

경량 프로토타입

LEO 로봇은 아직 특별히 빠르거나 우아하게 작동하지는 않는다. 초당 약 20cm만 처리하고 다소 주저하는 것처럼 보인다. 이는 과학자들이 탄소 섬유로 만든 유연한 다리와 무게가 2.5kg에 불과한 프로토타입의 경량 버전을 선택했기 때문이다. 각 다리는 세 개의 작은 서보 모터에 의해서만 움직이며, 발에는 특히 잡기 쉬운 고무 발가락이 장착되어 있다. LEO가 쉬고 있으면 발은 발가락과 발 뒤꿈치에 있고 걷는 것은 발가락에만 있다.

프로펠러는 정상 작동 중에도 상시 회전하기 때문에 상대적으로 많은 에너지가 필요하다.
그러나 Kim과 그의 동료들이 설명하는 것처럼 이는 여전히 최적화될 수 있다. 다리와 발을 더 ​​안정적으로 만들면 LEO는 영구적인 프로펠러 지원 없이도 달릴 수 있다.


고압선, 교량 또는 파이프라인에 사용

어쨌든 과학자들은 일반 보행 로봇이 실패하는 영역에 하이브리드 로봇의 적용 영역을 더 많이 본다. 높은 곳과 불안정한 표면에서 작업할 때이다. 예를 들어 고압선 검사를 들 수 있다. 지금까지는 고도로 훈련된 전문가만 수행할 수 있었던 위험한 작업이며, 그중 일부는 헬리콥터를 타고 통풍이 잘 되는 작업장으로 이동해야 한다.

팀은 "LEO가 전력선까지 날아가 선을 따라 걸어가서 검사하거나 수리할 수 있다"고 말했다.
또 다른 응용 프로그램은 지붕과 파이프라인의 검사 또는 교량 및 와이어 서스펜션의 도장 및 유지 관리다. 여기에서도 Kim과 그의 팀이 설명하는 것처럼 로봇의 균형 잡힌 능력이 도움이 될 수 있다.

ETH Zurich의 로봇 공학 연구원인 스테파노 민체프(Stefano Mintchev)도 비슷하게 보고 있다. 첨부된 의견에서 그는 "LEO는 두 가지 운송 모드를 함께 사용할 수 있는 곳이면 어디에서나 빛날 수 있다"고 썼다. 그는 새로운 하이브리드 로봇이 생체에서 영감을 받은 다중 모드 로봇의 새로운 세대를 향한 첫 번째 단계라고 본다.
(Science Robotics, 2021; doi: 10.1126/scirobotics.abf8136)

출처: American Association for the Advancement of Science (AAAS)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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